基于小波分析和自适应网格拟合的逆向工程研究

发布时间：2020-08-04 10:44

【摘要】： 复杂曲面重构是逆向工程实现自由曲面零件数字化仿制和改进的一项重要技术,拥有非常广阔的应用前景。一般的曲面重构都是由测量点云经过预处理,三角网格剖分,点云分块,然后对分块点云分别进行曲面重构。这类方法中的自由曲面重构过程相当繁琐费时,而且精度难以保证。由此,我们派生出由整块的三角网格直接进行曲面重构的思想,并且能够实现自动化,它可跳过复杂且难以控制的点云分块环节。通常对实物进行采样的测量方法应用较多的是非接触式测量,我们一般运用的是激光扫描仪,这种测量方法所采得的数据点会包含许多随机噪点,这些点的存在对点云的曲面重构质量有很大的影响。基于这些随机噪点是一种较高频率分量的信号,我们派生出利用小波分析理论进行降噪,滤除这些随机噪点,为接下来的复杂曲面重构提供有利条件。本文首先通过研究现有的测量设备数据采集的原理、方法及特点,通过大量零件表面数据的测量,比较自由曲面测量的各种手段,并采用TDV800型激光扫描仪测得典型零件的含有随机噪声散乱点云作为研究对象,对数据点进行数据拼合、滤波、精简及坐标变换等预处理操作,其主要是研究利用小波技术进行降噪,即对信号进行多次小波分解,分解后得到近似系数和细节系数,再对细节系数作用阈值抑制噪声,重建信号达到降噪的目的。小波分解后,可以在各个层次选择阈值,对噪声成分进行抑制,手段更加灵活。更重要的是可以根据某些频段分离出来的系数随时间的变化,通过某些准则来确定其是信号本身所包含的信息,还是噪声。另外,在拓扑结构重构过程中,将散乱点云进行等间隔区域分割,采用三角网格剖分手段来建立点云在空间的完整拓扑结构,同时设计三角面片的存储数据结构并保存输出三角面片,将所得三角面片进行四边形划分,利用参数化的曲线拟合所得的四边形曲线网格的边界线以及边界线上的法线,再利用参数化曲面对四边形面片进行整体构造,通过将参数化面片与被构造的数据点进行误差比较,在误差超出预设置值的情况下,再次对四边形面片进行细分,再次拟合,直至达到要求为止。针对本文各项研究,采用VC++编程开发工具结合OpenGL开放式图形库设计可视化应用软件以及MATLAB应用软件,通过叶子、叶片以及人脸等“点云”演示了软件的可操作性及本文中提出的小波降噪理论以及自适应网格拟合理论。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH164
【图文】：

检查法,曲线

由于数据量大，测量不可能对一个点重生测量误差。在曲面造型中，数据点中的“跳点”和，“跳点”也称“失真点”，通常由于测量设备的标化造成，若人工手动测量，还会由于操作误差，如探此，测量数据的预处理首先是要从数据点集中找到可的数据扫描中，存在一个点与其相邻的点偏距较大，断“跳点”的方法有：检查法：通过图形终端，剔除用肉眼观察到的与截面屏幕上的孤点。这种方法适合于数据的初步检查，可大的异常点。检查法：通过截面的数据的首末数据点，根据曲面截常为 3~4 阶，再通过最小二乘法拟合得到一条拟合曲条曲线的欧氏距离，如果 e ≥ [ ε]，[ ε ]为给定的误差，图 3-3 所示。

差方法,三角面片,曲率估计

图 3-4 弦高差方法e method of the subtraction of the hypotenuse点与点之间不存在拓扑关系，首先必须在点与有较高的局部特性和极端特性，可根据以下两横比与局部顶点方向曲率。其中，三角面片的值。的是光顺曲面，方向曲率定义为该顶点相交的变化，每个顶点的方向曲率可由三角网格曲面的纵横比和曲率估计与整体点云的平均值相曲率估计的点和大纵横比的三角面片的顶点即点，就可以把误差点和与相连的三角面片从三三角网格中留下一个孔。这时可以通过孔洞的邻几何特性生成误差点的新位置。

小波函数,图像,范数

12,( ) ( ), , ; 0a bt bt a a b R aaψ ψ = ∈ ≠ (3.20)式中：a为尺度参数（伸缩参数）；b 为位移参数。这时，有2221 2,( ) ( ) ( )a bt bt a dt t dtaψ ψ ψ ψ∞ ∞ ∞ ∞ = = =∫ ∫ (3.21)即小波函数经式（3.20）的方式伸缩和平移后的函数的范数等于原来小波函数的范数，所以，式（3.20）中的系数1a2 又称为规范化因子。由于函数族{ },( )a bψ t是由ψ (t )生成的，有时称小波函数ψ (t )为母小波。图 3-9 给出了小波函数及伸缩平移后的图像。

【引证文献】